Handhabungstechnik

Mit Samthandschuhen

Präzisionshandling in der Motorenfertigung
Vier Schwerlast-Handhabungsgeräte der Firma Lissmac (Geschäftsbereich MT – Handhabungs- und Robotersysteme) arbeiten in der neuen Großgussteile-Fertigung in den John-Deere-Werken, Mannheim. Mit der Netto-Tragfähigkeit von 350 Kilogramm sind die teilautomatisierten Schwerlast-Handhabungsgeräte bestens für den ergonomischen Umschlag schwerer Gussteile aufgestellt.

Mit der Entwicklung des ersten wirtschaftlich erfolgreichen, selbstreinigenden Stahlpflugs legte John Deere im Jahre 1837 den Grundstein für das heutige multinationale Unternehmen Deere und Company. Die erfolgreiche Entwicklung des Konzerns basiert auf vielen Faktoren. Zu den einflussreichsten gehören die Qualität der Erzeugnisse und die Innovationskraft. Mit einem Plan von knapp 40.000 Traktoren in diesem Jahr leisten die John-Deere-Werke, Mannheim, einen wichtigen Beitrag zum Erfolg des Gesamtkonzerns. Damit der Erfolg auch nachhaltig bleibt, wurde in Mannheim der Bearbeitungsbereich für Großgussteile völlig neu gestaltet. In diesem neuen Fertigungsbereich arbeiten derzeit zehn Heller-Bearbeitungszentren. „Auf diesen Bearbeitungszentren fertigen wir Differentialgetriebe-Gehäuse komplett in zwei beziehungsweise drei Aufspannungen“, erläutert Georg Uhl, Leiter der Gehäusefertigung im Mannheimer Werk.

Die Bearbeitung der Differential-Gehäuse für die 5000er und die 6000er Traktoren-Serien erfolgt in der Großgussteile-Fertigung, die aus drei nebeneinander angeordneten Fertigungsinseln besteht. Zu jeder Insel werden die zu bearbeitenden Gussteile, die auf Holzflachpaletten stehen, per Kettenförderer zugeführt. In gleicher Weise verlassen die fertig bearbeiteten Gehäuse den Fertigungsbereich. Zwischen der Aufnahme der Rohteile und der Ablage der Fertigteile sind etliche Handhabungsprozeduren zu erledigen. „Für die Handhabung der bis 240 Kilogramm schweren Teile haben wir Handhabungsgeräte gesucht, die Werkstücke bis zu einer Masse von 350 Kilogramm präzise handhaben können, um auch für künftige Aufgaben gut vorbereitet zu sein“, erklärt Uhl und berichtet: „Nach intensiver Suche haben wir bei der Firma MT ein elektrohydraulisches Schwerlast-Handhabungsgerät gefunden, das bereits in einem Gummiwerk eingesetzt wird.

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Flexibilität groß geschrieben

„Derzeit“, so Georg Uhl, „fertigen wir unterschiedliche Getriebe-Gehäuse-Varianten für die 5000er und für die 6000er Traktoren-Baureihe. Obwohl es sich bei der 5000er-Serie um die kleineren Schlepper handelt, sind die Getriebe-Gehäuse größer als die der 6000er-Serie.

Auf einer Holzflachpalette befinden sich vier zu bearbeitende Gusskörper für die 6000er-Baureihe und nur zwei für die 5000er. So bedienen zwei der manuell geführten, elektrohydraulisch arbeitenden Schwerlast-Handhabungsgeräte die ersten beiden Fertigungsinseln mit jeweils drei Heller-Bearbeitungszentren. Die noch größere Flexibilität besteht in der dritten Fertigungsinsel, in der wahlweise eine von beiden Serien beziehungsweise ein Mix aus beiden gefahren werden kann. Dort sind zwei Schwerlast-Handhabungsgeräte installiert. Eins ist für die Handhabung der 5000er-Getriebe-Gehäuse gedacht, das andere für die 6000er-Baureihe. Die Lastaufnahmemittel, die in beiden Fällen passende Spreizdorne sind, lassen sich problemlos austauschen. So gesellen sich zu dieser großen Flexibilität auch noch denkbare Erweiterungsmöglichkeiten in vielen Richtungen.“

Die vier Handhabungsgeräte fahren auf einem gemeinsamen Kranbahnschienensystem, das insgesamt 54 Meter lang ist und Querbewegungen von sieben Metern ermöglicht. Die elektrische Verriegelung bewirkt, dass jedes Gerät in seiner festgelegten Zone bleibt und jegliche Kollisionen ausgeschlossen sind. Die elektrische Verriegelung kann aber auch aufgehoben werden, damit bei Bedarf (beispielsweise bei einem Reparaturfall) ein Handhabungsgerät auch eine andere Fertigungsinsel bedienen kann.

Teilautomatisierte Handhabungsgeräte

Die Funktionsweise und die Bewegungsmöglichkeiten dieser Geräte lassen sich am besten an Hand des Bearbeitungsdurchlaufs eines Differential-Gehäuses aus der 6000er-Traktorenbaureihe erläutern: Mit Hilfe der beiden Joysticks führt der Mitarbeiter das Handhabungsgerät aus einer Warteposition zunächst zum Kettenförderer, der die Gussrohteile zur Fertigungsinsel fördert. Dabei hat jede Fertigungsinsel über eine eigene Zuführung der Rohteile und Abführung der Fertigteile. Mit dem Joystick auf der rechten Seite des Bedientableaus bewegt man das elektromotorisch angetriebene Handhabungsgerät auf der X- und auf der Y-Achse. Der Joystick auf der linken Seite regelt die Höhenbewegungen auf der 1500 Millimeter langen Z-Achse. In diesem Bereich, wie auch im Mittelkorridor lassen sich die Handlingsgeräte in allen Achsen frei bewegen. Das per Spreizdorn aufgenommene Guss-Rohteil wird zunächst in Y-Richtung zur Mitte bewegt und in X-Richtung vor das erste Bearbeitungszentrum gefahren, wo die Aufspannung, in der eine intensive Schruppbearbeitung erfolgt, abgearbeitet wird. Zur ersten Aufspannung dreht man die um 270 Grad drehbare Z-Achse um 180 Grad, so dass das Werkstück zum Bearbeitungszentrum zeigt. Außerdem muss es um 90 Grad nach unten geschwenkt werden, um die gewünschte Spannposition zu erreichen.

Zum „Einfädeln“ der Gusswerkstücke steht nicht viel Platz zur Verfügung; teilweise sind es nur 15 Millimeter. Daher befindet sich vor jedem Bearbeitungszentrum ein mehrstufiger elektronisch abgesteckter Korridor, in dem sich Greifer und Werkstück nur noch innerhalb sehr kleiner, fest programmierter Bereiche bewegen lässt. Deshalb sind die Handhabungsgeräte sehr steif ausgeführt. Sie weisen eine Winkelgenauigkeit von 0,1 Grad auf und erreichen eine Positioniergenauigkeit, die innerhalb des Toleranzbereichs von plus/minus 1,5 Millimeter liegt. Zudem haben sie eine Positionierüberwachung: Fährt der Mitarbeiter das Gerät mit dem aufgenommenen Rohteil entlang der X-Achse, stoppt der Fahrantrieb vor dem nächsten Bearbeitungszentrum automatisch. Um diese Position in X-Richtung überfahren zu können, muss der Joystick zunächst in die Nulllage gebracht und dann wieder in die gewünschte Fahrrichtung ausgelenkt werden.

Steuerungstechnische Unterstützung

Stoppt das Handhabungsgerät vor dem gewünschten, ersten Bearbeitungszentrum, überprüft die SPS-gesteuerte Positionsüberwachung, ob sich das Lastaufnahmemittel mit dem eingespannten Werkstück in der richtigen Position zur Spannvorrichtung befindet. Ferner muss zum Einfahren in die Spannvorrichtung die programmierte Hubhöhe erreicht sein. Doch auch diese Positionssuche wird steuerungstechnisch unterstützt. Wenn alle programmierten Koordinaten erreicht sind, lässt sich das Werkstück feinfühlig in die Vorrichtung fahren, wobei auch die Y-Bewegungen elektronisch kontrolliert werden. Beim Absetzen des Werkstücks in die Vorrichtung wird die Z-Bewegung automatisch unterbrochen, sobald das Werkstück auf die Spannvorrichtung aufsetzt. Auf diese Weise verhindert man, dass das Gewicht des Handlingsgeräts die Werkstückwechselpalette des Bearbeitungszentrums belastet. Nun wird der Spanndorn entspannt und kann in Z-Richtung nach oben aus dem Werkzeug ausgefahren werden. Hat das Handhabungsgerät die elektronisch überwachten Korridore vor dem Bearbeitungszentrum verlassen, schließen sich die Türen zum Aufspannbereich und das Werkstück wird automatisch gespannt.

Ist die erste Aufspannung bearbeitet und das Werkstück wieder in den Aufspannbereich eingewechselt, wird es automatisch entspannt. Anschließend öffnen sich die Türen automatisch und zeigen dem Bediener, dass das Werkstück in das zweite Bearbeitungszentrum eingespannt werden kann. Unterstützt von einer vergleichbaren, ebenso präzise programmierten Anfahrstrategie, führt der Bediener das Handlingsgerät in das Werkstück ein und führt es unter einer gleichartig kontrollierten Bewegungsstrategie aus den überwachten Korridoren des ersten Bearbeitungszentrums heraus.

Nun geht‘s weiter in das zweite Bearbeitungszentrum, zur Bearbeitung in der zweiten Spannlage. Die zweite Spannlage erfordert das Zurückschwenken des Werkstücks um 90 Grad nach oben. Selbstverständlich gibt es auch für das Einfahren des Werkstücks in das zweite Bearbeitungszentrum eine spezifisch programmierte Ein- und Ausfahrprozeduren für das Schwerlast-Handhabungsgerät, denn auch dort lässt die Spannvorrichtung nicht viel Platz zum Einführen des Werkstücks.

Zur Qualitätsarbeit gehört auch ein Vermessen der Werkstücke in vorgegebenen Sequenzen. Dazu werden die frei beweglichen Achsen des Handhabungsgeräts gebremst.

Bei qualitätsgerechter Bearbeitung sowie nach der Entfernung von Spänen und Kühlschmierstoffen durch ein Ankippen des Werkstücks erfolgt der Umschlag zum dritten Bearbeitungszentrum, das das Getriebe-Gehäuse in der dritten Aufspannung fertig bearbeitet. Auf dem Weg dorthin dreht das Handlingsgerät das Werkstück um 90 Grad um die Drehachse des Lastaufnahmemittels. Selbstverständlich erfolgt das Ein- und Ausbringen des Werkstücks auch im dritten Bearbeitungszentrum nach einem speziell programmierten Bewegungsablauf. Nach dem Entfernen von Spänen und Kühlschmierstoff erfolgt der Umschlag auf die Fertigteilpalette, die auf einem Kettenförderer wartet, um die fertigen Werkstücke aus dem Zerspanbereich zu transportieren.

Große Flexibilität bei hoher Produktivität

„Die Maschinenlaufzeit liegt deutlich über der Handlingzeit“, erläutert Georg Uhl und fährt fort: „Für das gesamte Handling brauchen wir nur etwa zehn Minuten. Da bleibt genügend Zeit für Messvorgänge und den Austausch von Werkzeugen. Immerhin erzeugen wir pro Werkstück etwa 30 Kilogramm Späne. Unsere Zeitberechnung ging aber nur auf, weil die SPS-gesteuerten Anfahrprozeduren mit den Handhabungsgeräten etwa drei bis vier mal schneller zu erledigen sind, als ohne diese steuerungstechnischen Hilfen. So können wir feststellen“, hebt Uhl hervor, „die Programmierung der Bewegungen durch MT und deren Handhabungsgeräte im Bereich der Spannvorrichtungen hat sich bestens bewährt.“Peter Springfeld (gm)

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